康普顿效应：光子也有动量

光子的「台球碰撞」

光电效应说明光是一颗颗的，但怀疑者还能辩解：也许只是电子的吸收方式古怪。1923 年，康普顿给出了更硬的证据：他让 X 射线打到石墨上，发现散射出来的 X 射线波长变长了，而且变长多少只取决于散射角度。

用动量守恒一算就中

如果把 X 射线当成普通的波，波长根本不该变。康普顿改把光子当作一颗「台球」，既有能量也有动量 $p=h/\lambda$（波长 λ 越短，动量越大）。光子撞上电子，像母球撞子球：电子被弹开带走一部分能量，光子损失能量后频率降低、波长变长。套用能量守恒加动量守恒算出的波长变化，与实验分毫不差。这项发现让光的粒子性再无争议，康普顿获 1927 年诺贝尔物理学奖。

它有什么用

• 放射治疗中，高能光子在人体组织里的主要作用方式之一就是康普顿散射，医生据此计算剂量分布。
• 机场、港口的背散射安检设备，利用不同物质散射 X 射线的差异，分辨行李里的物品。

常见误区

可见光照在身上不会把你「撞疼」——单个光子动量极小，但动量并不为零，太阳帆飞船正是靠无数光子的撞击缓缓加速。

练一练：和家长讨论：为什么用能量更低的可见光做同样的散射实验，波长变化几乎测不出来？（提示：变化量固定，但相对可见光的波长太小）